La gluconéogenèse c est la synthèse de glucose à partir de pyruvate.

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1 IV Gluconéogenèse La gluconéogenèse c est la synthèse de glucose à partir de pyruvate. La gluconéogenèses est essentiellement réalisée dans les cellules du foie (90 %). Mais elle peut également survenir, de façon beaucoup plus limité dans le rein. La plupart des enzymes impliquées dans la néoglucogenèse sont impliquées dans la glycolyse. Mis à part en ce qui concerne les enzymes impliquées dans les trois étapes de la glycolyse considérées comme irréversibles. Hexokinase (ou Glucokinase) Phosphofructokinase Pyruvate Kinase. es étape doivent donc être contournées dans la gluconéogenèse. Deux de ces étapes de contournement sont de simple réaction d hydrolyse. 1

2 a) ontournement de l étape catalysée par la pyruvate kinase (PK) dans la glycolyse Pyruvate Kinase (PK) la dernière étape de la Glycolyse P 3 2 = H Pyruvate Kinase + ADP + H + = + ATP H 3 H Phosphoénolpyruvate (PEP) Pyruvate Afin de contourner l étape catalysée par la Pyruvate Kinase réaction, le clivage de 2 liaisons phosphoester est nécessaire. ette étape est assurée par deux enzymes 1 Pyruvate arboxylase (Mitochondriale) 2 PEP arboxykinase (ytoplasmique) 2

3 Activité Pyruvate arboxylase Pyruvate arboxylase ATP ADP + Pi = = H 3 Pyruvate H 3 H 2 xaloacétate ette étape est la seule étape de la gluconéogenèse à avoir lieu dans la mitochondrie. L activité Pyruvate arboxylase nécessite l utilisation d un cofacteur vitaminique : La Biotine (Vit B8 ou H). lysine H H 3 N + H 2 H 2 H 2 H 2 + NH 3 N subject to carboxylation Azote permettant la fixation du 2 (arboxylation) HN H 2 H S H NH H Biotine biotin (H 2 ) 4 NH (H 2 ) 4 H La Biotine possède une chaîne latérale à 5 dont la fonction carboxyterminale est impliquée dans une liaison amide avec une lysine de la pyruvate carboxylase. e bras LysineBiotine sert de transporteur intermédiaire au 2 lysine residue NH 3

4 1) Ebiotine + ATP + H 3 Ecarboxybiotin + ADP + Pi N H 2 H S H NH H lysine residue (H 2 ) 4 NH (H 2 ) 4 H carboxybiotin NH La carboxylation de la biotine est catalysée au niveau d un site actif de la Biotin Pyruvate arboxylase. 2) Ecarboxybiotine + Pyruvate Ebiotin + A H 3 pyruvate H 2 oxaloacetate N NH carboxybiotin H H H 2 H S (H 2 ) 4 NH R HN NH biotin H H H 2 H S (H 2 ) 4 NH R 4

5 La liaison AvidineBiotine L Avidine est une protéine isolée du blanc d oeuf. L avidine a une très forte affinité pour la Biotine. ette affinité est utilisée par les biochimistes comme colle afin d assembler deux structures protéiques l une a l autre. Une consommation excessive de blanc peut causer une insuffisance nutritionnelle en Biotine. avidin with bound biotin! 5

6 D où provient l oxaloacétate cytosolique qui sera utilisé au cours de la gluconéogenèse? 1 L oxaloacétate utilisé dans le cytosol pour la gluconéogenèse est formé au sein des mitochondries par carboxylation du pyruvate. 2 L oxaloacétate quitte les mitochondries sous la forme de Malate, qui est réoxydé en A au sein du cytosol des cellules. Rôle de la Malate Déshydrogénase (MDH) 6

7 onversion de l A en PEP via la PEPcarboxykinase (PEPK) = H 2 xaloacétate GTP GDP 2 P 3 2 = H H Phosphoénolpyruvate (PEP) Au sein du cytosol, L oxaloacetate est converti à la suite d une réaction de décarboxylation et d une phosphorylation en PEP. est une réaction qui nécessite beaucoup d energie qui est prise à une molécule de GTP pour être transféré au PEP, l une des molécules les plus énergétiques du vivant. BILAN Pyruvate arboxylase PEP arboxykinase ATP ADP + Pi = H 3 H 3 Pyruvate GTP GDP = P 3 2 = H 2 2 H xaloacétate H Phosphoénolpyruvate (PEP) Pyruvate arboxylase catalyse: pyruvate + H 3 + ATP oxaloacetate + ADP + P i PEP arboxykinase catalyse: oxaloacetate + GTP PEP + GDP + 2 7

8 onversion de PEP en Fructose1,6bisphosphate es étapes de la gluconéogenèse se déroulent dans le cytosol La formation du glyceraldehyde3phosphate à partir du PEP se fait grâce aux enzymes qui permettent la réaction inverse au cours de la glycolyse. A chaque fois que deux molécules de glyceraldehyde3 phosphate sont formées, l une d elle est convertie en DHAP es deux triose phosphates se condensent ensuite pour former du fructose 1,6bisphosphate, à l inverse de la réaction catalysée par l aldolase au cours de la glycolyse. b) ontournement de l étape catalysée par la Phosphofructokinase (PFK) dans la glycolyse 8

9 Rôle de la Fructose1,6bisphosphatase H2P 3 2 H H2P 3 2 H + H 2 0 H Fructose 1,6 bisphosphate (FBP) Fructose1,6 bisphosphatase H2P 3 2 H H2H H + Pi H Fructose 6 phosphate (F6P) La réaction est une hydrolyse. omme la phosphofructokinase l est dans la glycolyse, la Fructose 1,6bisphosphatase joue un rôle très important dans la régulation de la gluconéogenèse. c) ontournement de l étape catalysée par l hexokinase (HK) dans la glycolyse 9

10 Rôle de la Glucose6phosphatase (G6P) H2P 2 3 H H H + H 2 0 G6P H2H H H H + Pi H Glucose 6 phosphate (G6P) H Glucose La réaction est également une hydrolyse. ette réaction s établie au sein du réticulum endoplasmique et fait intervenir 5 protéines différentes ette réaction n est pas présente dans le muscle inq protéines du RE participent à la transformation du Glucose6phosphate (G6P) en Glucose T1 transporte le glucose6phosphate du cytosol vers la lumière du RE. T2 et T3 transportent respectivement le Pi et le glucose de la lumière du RE vers le cytosol. La Glucose6phosphatase est stabilisée par une a2+ binding protein (SP) 10

11 Energie nécessaire à la synthèse du glucose par la voie de la gluconéogenèse. 2 molécules de pyruvate sont nécessaire à la synthèse d une molécule de glucose En tout 6 molécules de haute énergie sont nécessaire 2 ATP utilisés par la pyruvate décarboxylase 2 GTP utilisés par la PEPK 2 ATP utilisés pour passer du 3phosphoglycérate au 1,3 bisphosphoglycérate BILAN La gluconéogenèse 2 pyruvate + 4 ATP + 2 GTP + 2NADH + 2 H + + 6H2 glucose + 2NAD+ + 4ADP + 2 GDP + 6 Pi + 6H + La glycolyse (pour mémoire) glucose + 2NAD + + 2Pi + 2ADP 2 pyruvate + 2NADH + 4H + + 2ATP + 2H2 11

12 Glycolyse vs Gluconéogenèse Glycolysis vs. Gluconeogenesis in the liver 1 gluconéogenèse est l inverse de la glycolyse sauf en ce qui concerne trois étapes clefs, qui sont catalysées par des enzymes différents 2 Les besoins en énergie sont également différents 3 Une voie est activée alors que l autre est inhibée. Glycolyse vs Gluconéogenèse au niveau enzymatique Glycolyse Gluconéoenèse Hexokinase Phosphofructokinase Pyruvate Kinase Glucose 6phosphatase Fructose 1,6bisphosphatase Pyruvate carboxylase Phosphoénolpyruvate carboxykinase 12

13 d) régulation de la gluconéogenèse "! # $ # $% $$ $ &' # 13

14 1) régulation par disponibilité du substrat Substrats de la Gluconéogenèse Les principaux substrats de la gluconéogenèse : Alanine (60 %) Lactate (30 %) Glycérol (10 %) 14

15 La gluconéogenèse est régulée au travers des échanges de substrats qui se produisent au travers de la circulation sanguine de tissu comme le muscle vers le foie. Le Glycerol: est relargué du tissu adipeux lorsque le taux d insuline est bas et lorsque la quantité de glucagon circulante est élevée dans le sang. Le Lactate: est produit par le muscle au cours d un effort physique important (ycle de ori). Il est également produit par les érythrocytes qui, ne possédant pas de mitochondrie, sont incapables d utiliser le pyruvate par voie oxydative. Les Acides Aminés: Il sont relargués par le muscle lorsque la concentration en Insuline circulante est base, ou en cas de régime riche en protéine et pauvre en sucre (cycle de l alanine) ( ) 15

16 Intermédiaires substrats de la Gluconéogenèse : Lactate, Acides Aminés Du pyruvate est généré dans le foie à partir du Lactate ou de l Alanine : La lactate dehydrogenase (LDH) xyde le Lactate en Pyruvate tout en produisant du NADH L alanine aminotransferase converti l alanine en pyruvate Les autres AA peuvent quant à eux servir d intermédiaire au cycle de Krebs Les Acides Aminés classés par leur site d entrée dans le métabolisme glucidique 16

17 Le cycle de l alanine Intermédiaires substrats de la Gluconéogenèse : Le Glycérol Le glycérol (produit de la dégradation des acides gras) est converti par la glycerol kinase en glycerol3phosphate puis en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) par une triose phosphate isomérase. Rem) La glycerol kinase est absente de adipocytes. Le glycérol est donc formé au niveau du foie au sein des hépatocytes et intégre ensuite la voie de la Gluconéogenèse 17

18 2) régulation locale 18

19 3) régulation systémique rôle des hormones glucagon et insuline Insuline: Sécrétée lorsque le taux de glucose dans le sang est haut Augmente l'entrée de glucose dans les tissus périphériques (muscles) Active la glycolyse et la synthèse du glycogène (sucres de réserve dans muscles e foie). Inhibe la gluconéogenèse L incapacité de produire insuline cause hauts niveaux de glucose dans le sang (diabète) Glucagon: Sécrétée lorsque le taux de glucose dans le sang est bas Active la dégradation du glycogène Active la gluconéogenèse dans le foie Augmente la libération de glucose du foie dans le sang 19

20 onnexion avec d autres voies métaboliques Glycogénolyse Glycogénogenèse 20

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